[0001] Die Erfindung betrifft einen Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit elektrischen
Bauteilen, mit einer Greifereinheit zum Halten der Bauteile und einem Drehantrieb,
mittels welchem ein Drehen der Greifereinheit in sehr kleinen und genauen Winkelschritten
möglich ist.
[0002] In der Bestücktechnik werden Substrate von einem Bestückkopf eines Bestückautomaten
mit elektrischen Bauteilen bestückt. Der Bestückkopf weist in der Regel eine oder
mehrere Greifereinheiten auf, welche die Bauteile aufnehmen, halten und absetzen.
Um die Bauteile vor dem Absetzen in eine gewünschte Winkellage zu drehen, sind die
Greifereinheiten drehbar gelagert. Da die Genauigkeitsanforderungen an die Drehpositionierung
der Bauteile sehr hoch sind, müssen die dafür verwendeten Drehantriebe eine sehr hohe
Winkelauflösung ermöglichen. Bei den bisher bekannten Bestückköpfen wird dies entweder
mit Servomotoren oder mit Zahnraduntersetzungen realisiert. Die Ausrüstung des Bestückkopfes
mit Servomotoren ist sehr kostspielig, wogegen die komplizierten Zahnraduntersetzungen
störanfällig und bauraumtechnisch aufwändig sind.
[0003] Aus der Offenlegungsschrift
DE-4435996 A1 ist ein Drehantrieb mit einem in einem Gehäuse auf einer Welle drehfest gelagerten
Rotor bekannt. Zur Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors ist ein den Rotor umgreifendes
Gehäuseteil relativ zu dem Rotor bewegbar.
[0004] Weiterhin ist aus der Patentschrift
JP 11-220295 A ein Bestückkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei erfolgt die
Übertragung des Drehmoments auf die Saugpipette berührungslos mittels einer magnetischen
Kopplung.
[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bestückkopf mit einem alternativen
Drehantriebskonzept zu liefern, mit welchem eine präzise Drehpositionierung der Bauteile
möglich ist.
[0006] Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Bestückkopf gemäß dem unabhängigen
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bestückkopfes sind Gegenstand
der Unteransprüche.
[0007] Der Bestückkopf gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 weist einen Grundkörper und zumindest
eine Greifereinheit zum Halten der Bauteile auf, welche drehbar am Grundkörper angeordnet
ist. Der Bestückkopf umfasst ferner einen Drehantrieb zum Drehen der Greifereinheit,
mit einem ersten Antriebskörper und einem zweiten Antriebskörper, welcher eine Aussparung
aufweist, die den ersten Antriebskörper zumindest teilweise aufnimmt. Einer der Antriebskörper
ist relativ zu dem anderen der Antriebskörper bewegbar, wobei einander zugewandte
Mantelflächen der Antriebskörper derart zusammenwirken, dass die Bewegung des einen
Antriebskörpers eine Drehung des anderen Antriebskörpers bewirkt. Mittels eines Federelements
ist der eine Antriebskörper derart mit dem Grundkörper gekoppelt, dass es eine Taumelbewegung
des einen Antriebskörpers ermöglicht, eine Drehung des einen Antriebskörpers um seine
Längsachse jedoch verhindert. Auf diese Weise wird die Relativbewegung der beiden
Antriebskörper auf einfache und kostengünstige Weise erreicht. Die Greifereinheit
ist dabei mit dem anderen Antriebskörper drehfest gekoppelt und wird bei dessen Bewegung
mitgedreht. Der Aufbau eines derartigen Drehantriebs weist sich durch eine geringe
Anzahl von Einzelbauteilen aus, welche einfach als kostengünstige Dreh- oder Stanzteile
herzustellen sind. Ferner sind bei geeigneter Dimensionierung der Antriebskörper sehr
hohe Untersetzungsverhältnisse darstellbar. Durch die Einfachheit der Konstruktion
erweist sich der Bestückkopf als sehr zuverlässig.
[0008] Bei einer Ausgestaltung des Bestückkopfes gemäß Anspruch 2 weist dieser einen Schrittmotor
auf, mittels welchem der eine Antriebskörper des Drehantriebs bewegbar ist. Schrittmotoren
sind im Vergleich zu Servomotoren sehr günstig in der Anschaffung und bieten den Vorteil
eines erheblich geringeren Steuerungsaufwands. Trotz Verwendung des preisgünstigen
Schrittmotors ist aufgrund des verwendeten Drehantriebs eine sehr hohe Winkelauflösung
für die Drehpositionierung von an der Greifereinheit gehaltenen Bauteilen möglich.
[0009] Bei einer Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 3 weisen die Antriebskörper
ferromagnetisches Material auf und an einem der Antriebskörper sind Magnetelemente
derart angeordnet, dass Teile der einander zugewandten Mantelflächen der Antriebskörper
durch die Magnetkraft gegeneinander gepresst werden. Bei dieser Ausgestaltung des
Bestückkopfes erfolgt die Drehmomentübertragung zwischen den Antriebskörpern mittels
Reibschluss. Durch die magnetische Anziehung der Reibflächen der Antriebskörper kann
das übertragbare maximale Drehmoment erheblich gesteigert werden, ohne dass dabei
z. B. Zahnräder verwendet werden. Im Vergleich zur formschlüssigen Drehmomentübertragung
mittels Zahnräder erweist sich diese Ausgestaltung als kostengünstiger und auch betriebssicherer,
da keine Getriebezähne abbrechen können. Ferner ist der Drehantrieb überlast- und
blockiersicher.
[0010] In einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist das Federelement derart ausgebildet, dass
Teile der einander zugewandten Mantelflächen der Antriebskörper durch die Federkraft
gegeneinander gepresst werden. Durch die Anpresskraft kann die zwischen den Antriebskörpern
herrschende Reibkraft und damit das zu übertragende maximale Drehmoment deutlich gesteigert
werden. Durch die doppelte Funktion des Federelements kann die Anzahl der Einzelbauteile
weiter gering gehalten werden.
[0011] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bestückkopfes mit
Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Bestückkopfes;
Figuren 2 und 3 schematische Prinzip-Darstellungen des Drehantriebs zum Drehen der
Greifereinheit;
Figur 4 bis Figur 6 verschiedene Ausführungsbeispiele des Drehantriebs des Bestückkopfes.
[0012] In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bestückkopfes 1 schematisch
dargestellt. Der Bestückkopf 1 weist einen Grundkörper 2 auf, an welchem zumindest
eine Greifereinheit 3 zum Halten elektrischer Bauteile 4 angeordnet ist. Die zylindrische
Greifereinheit 3 ist dabei relativ zum Grundkörper 2 des Bestückkopfes 1 um ihre Längsachse
A drehbar gelagert. Die Greifereinheit 3 ist mit einem in Figur 1 sehr schematisch
dargestellten Drehantrieb 5 gekoppelt, mittels welchem die Greifereinheit 3 in sehr
kleinen Winkelschritten bzw. hoher Winkelauflösung gedreht werden kann. Auf den genauen
Aufbau des Drehantriebs 5 wird später noch eingegangen. Der Bestückkopf 1 umfasst
ferner einen Motor 6, welcher über eine Exzenterwelle 7 mit dem Drehantrieb 5 gekoppelt
ist. Bei dem Motor 6 handelt es sich vorzugsweise um einen kostengünstigen Schrittmotor,
welcher sich durch einen sehr geringen Steuerungsaufwand ausweist. Der genaue Wirkzusammenhang
zwischen dem Motor 6, dem Drehantrieb 5 und der Greifereinheit 3 wird im Folgenden
mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 näher erläutert.
[0013] Die Figuren 2 und 3 sind schematische Prinzipskizzen, anhand welcher das Funktionsprinzip
des Drehantriebs 5 für die Greifereinheiten 3 näher erläutert wird. Der Drehantrieb
5 zum Drehen der Greifereinheit 3 umfasst allgemein zwei Antriebskörper 8, 10, welche
in Wechselwirkung miteinander stehen und derart ausgebildet und relativ zueinander
angeordnet sind, dass eine Drehung der Greifereinheit 3 mit einem sehr hohen Übersetzungsverhältnis
erzielbar ist. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 ist ein erster Antriebskörper
8 als rad- bzw. zylinderförmige Scheibe ausgebildet, welche in einer Aussparung eines
trommel- bzw. hohlzylinderförmigen zweiten Antriebskörpers 10 aufgenommen ist. Der
Durchmesser D1 des ersten Antriebskörpers 8 ist kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser
D2 der Aussparung 9 des zweiten Antriebskörpers 10. Die Mittelachse B des ersten Antriebskörpers
8 und die Mittelachse C des zweiten Antriebskörpers 10 sind dabei derart versetzt
zueinander angeordnet, dass Teile einander zugewandter Mantelflächen 11 des ersten
und zweiten Antriebskörpers 8, 10 in Reibkontakt stehen.
[0014] Wie bezüglich der Figur 1 schon erwähnt wurde, ist der Motor 6 und der erste Antriebskörper
8 über die Exzenterwelle 7 miteinander verbunden. Der Motor 6 ist dabei so angeordnet,
dass seine Drehachse D mit der Mittelachse C des zweiten Antriebskörpers 10 zusammenfällt.
Die Greifereinheit 3 ist drehfest mit dem zweiten Antriebskörper 10 verbunden, wobei
deren Längsachse A mit der Mittelachse C des zweiten Antriebskörpers 10 zusammenfällt.
Somit sind die Drehachse D des Motors 6, die Längsachse A der Greifereinheit 3 und
die Mittelachse C des zweiten Antriebskörpers 10 identisch.
[0015] Die Exzenterwelle 7 ist an einem Ende mit dem ersten Antriebskörper 8 in dessen Mittelpunkt
über ein Wälz- bzw. Kugellager 12 gekoppelt. Gleichzeitig ist der erste Antriebskörper
8 jedoch in geeigneter Weise, im Ausführungsbeispiel der Figur 2 mittels eines Federelements
13 bzw. eines Federbalgs, drehfest mit dem Grundkörper 2 des Bestückkopfes 1 verbunden.
Der Federbalg 13 lässt gleichzeitig eine seitliche Auslenkung des ersten Antriebskörpers
8 relativ zu dem zweiten Antriebskörper 10 zu, verhindert jedoch eine Drehung des
ersten Antriebskörpers 8 um seine Mittelachse B. Aus der Zusammenschau der Figuren
2 und 3 wird deutlich, dass bei Betrieb des Motors 6 der erste Antriebskörper 8 relativ
zu dem zweiten Antriebskörper 10 eine Taumelbewegung innerhalb der Aussparung des
zweiten Antriebskörpers 10 vollführt. Aufgrund der Tatsache, dass sich der erste Antriebskörper
8 um seine Mittelachse B nicht dreht und Teile der einander zugewandten Mantelflächen
11 des ersten und zweiten Antriebskörpers 8, 10 in reibschlüssigem Kontakt zueinander
stehen, kommt es zu einer Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten
Antriebskörper 8, 10 derart, dass sich der zweite Antriebskörper 10 zusammen mit der
Greifereinheit 3 um seine Mittelachse C dreht. Das dabei geltende Untersetzungsverhältnis
i ergibt sich dabei aus folgender Gleichung:

[0016] Daraus folgt, dass das Untersetzungsverhältnis i umso größer ist, je kleiner der
Unterschied bzw. die Differenz zwischen dem Innendurchmesser D2 der Aussparung 9 des
zweiten Antriebskörpers 10 und dem Durchmesser D1 des ersten Antriebskörpers 8 ist.
Somit lässt sich allein durch die Dimensionierung der Antriebskörper 8, 10 stufenlos
ein beliebiges Untersetzungsverhältnis i, insbesondere besonders sehr große Untersetzungsverhältnisse
i, darstellen. Es ist anzumerken, dass in Fig. 3 der Unterschied zwischen den Durchmessern
D1 und D2 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sehr groß ist.
[0017] Anhand der Figuren 4, 5 und 6 werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Drehantriebs
5 erläutert. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit wurde in diesen Figuren auf
die Darstellung des Motors 6, der Exzenterwelle 7 und der Greifereinheit 3 verzichtet.
Dagegen wurden nur die zur Erläuterung des Drehantriebs 5 unbedingt notwendigen Bestandteile
dargestellt.
[0018] In Figur 4 weist der erste Antriebskörper 8 einen nach unten zulaufenden, konischen
Querschnitt auf. Das Federelement 13 besteht aus einer Mehrzahl gebogener Einzelfedern
14, welche spiralförmig am Außenumfang des ersten Antriebskörpers 8 anliegen. Die
Einzelfedern 14 verhindern eine Drehung des ersten Antriebskörpers 8 um seine Mittelachse
B, erlauben jedoch die oben näher erläuterte Taumelbewegung des ersten Antriebskörpers
8 innerhalb der Aussparung des zweiten Antriebskörpers 10. Die Einzelfedern 14 sind
derart ausgebildet, dass sie den ersten Antriebskörper 8 gegen den zweiten Antriebskörper
10 (in Figur 4 nach unten) vorspannen. Somit werden die einander zugewandten Mantelflächen
11 des ersten und zweiten Antriebskörpers 8, 10 an ihrer Kontaktstelle durch die Federkraft
gegeneinander gepresst. Die dadurch gesteigerte Flächenpressung bewirkt eine Erhöhung
des Reibschlusses und des zu übertragenden maximalen Drehmoments.
[0019] In der Ausgestaltung der Figur 5 ist das Federelement 13, wie schon anhand der Figur
2 beschrieben, als Federbalg 13 ausgebildet. Sowohl der erste Antriebskörper 8 als
auch der zweite Antriebskörper 10 weisen ferromagnetisches Material auf. An seiner
äußeren Mantelfläche 11 weist der erste Antriebskörper 8 Magnetelemente 15 auf, so
dass die einander zugewandten Mantelflächen 11 des ersten und zweiten Antriebskörpers
8, 10 an ihrer Kontaktstelle durch die anziehende Magnetkraft gegeneinander gepresst
werden. Auch auf diese Weise ergibt sich eine erhöhte Flächenpressung, wodurch der
Reibschluss und das zu übertragende maximale Drehmoment spürbar erhöht werden können.
[0020] Der in Figur 6 dargestellte Drehantrieb 5 funktioniert prinzipiell wie die schon
vorher beschriebenen Ausführungsformen. Im Unterschied dazu weist der zweite Antriebskörper
10 einen glocken- oder hohlzylinderförmigen Querschnitt auf, in dessen Aussparung
9 der rad- bzw. zylinderförmige erste Antriebskörper 8 aufgenommen ist. In diesem
Fall weist der erste Antriebskörper 8 an seinem Außenumfang die Magnetelemente 15
auf, so dass ein besserer Reibschluss zwischen den beiden Antriebskörpern 8, 10 erreicht
wird. Während in den Ausgestaltungen der Figuren 4 und 5 der erste Antriebskörper
8 von dem zweiten Antriebskörper 10 außen umfasst wird und innerhalb der Aussparung
9 die Taumelbewegung durchführt, umgreift der erste Antriebsköper 8 in der Ausgestaltung
gemäß Figur 6 den zweiten Antriebskörper 10 und vollführt die Taumelbewegung entlang
der äußeren Umfangsfläche des zweiten Antriebskörpers 10.
[0021] Der oben dargestellte Bestückkopf 1 zeichnet sich durch eine kostengünstige und kompakte
Bauweise aus. Insbesondere der Drehantrieb 5 für die Greifereinheiten 3 ermöglicht
beliebige Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Motor 6 und den zu drehenden Greifereinheiten
3. Die Einzelelemente des Drehantriebs 5 lassen sich kostengünstig herstellen und
die Struktur des Drehantriebs 5 erfordert im Vergleich zu Zahnradgetrieben einen sehr
geringen Bauraum. Da zwischen den beiden Antriebskörpern 8, 10 eine reibschlüssige
Verbindung besteht, weist sich der Drehantrieb 5 als sehr zuverlässig und im Vergleich
zu Zahnradgetrieben überlast- und blockiersicher aus. Selbst bei einem Verschleiß
der Umfangsflächen der Antriebskörper 8, 10 bleiben die beiden Antriebskörper 8, 10
gegeneinander verspannt und spielfrei. Lediglich eine geringe Änderung des Übersetzungsverhältnisses
ist die Folge, welche jedoch über eine regelmäßige Kalibrierung korrigiert werden
kann.
Bezugszeichenliste:
[0022]
- 1
- Bestückkopf
- 2
- Grundkörper
- 3
- Greifereinheit
- 4
- Elektrisches Bauteil
- 5
- Drehantrieb
- 6
- Motor
- 7
- Exzenterwelle
- 8
- Erster Antriebskörper
- 9
- Aussparung
- 10
- Zweiter Antriebskörper
- 11
- Mantelflächen
- 12
- Lager
- 13
- Federelement
- 14
- Einzelfeder
- 15
- Magnetelement
1. Bestückkopf (1) zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauteilen (4), mit
- einem Grundkörper (2),
- zumindest einer Greifereinheit (3) zum Halten der Bauteile (4), welche drehbar am
Grundkörper (2) angeordnet ist,
- einem Drehantrieb (5) zum Drehen der Greifereinheit (3), mit einem ersten Antriebskörper
(8) und einem zweiten Antriebskörper (10), welcher eine Aussparung (9) aufweist, die
den ersten Antriebskörper (8) zumindest teilweise aufnimmt, wobei einer der Antriebskörper
(8, 10) relativ zu dem anderen der Antriebskörper (8, 10) bewegbar ist und einander
zugewandte Mantelflächen (11) der Antriebskörper (8, 10) derart zusammenwirken, dass
die Bewegung des einen Antriebskörpers (8, 10) eine Drehung des anderen Antriebskörpers
(8, 10) bewirkt und wobei die Greifereinheit (3) mit dem anderen Antriebskörper (8,
10) drehfest gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der eine Antriebskörper (8, 10) mittels eines Federelements (13) mit dem Grundkörper
(2) gekoppelt ist, wobei das Federelement (13) derart ausgebildet ist, dass es eine
Taumelbewegung des einen Antriebskörpers (8, 10) ermöglicht, eine Drehung dieses einen
Antriebkörpers (8, 10) jedoch verhindert.
2. Bestückkopf (1) nach Anspruch 1, mit einem Schrittmotor (6), mittels welchem der eine
Antriebskörpers (8, 10) bewegbar ist.
3. Bestückkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Antriebskörper (8, 10)
ferromagnetisches Material aufweisen und an einem der Antriebskörper (8, 10) Magnetelemente
(15) derart angeordnet sind, dass Teile der einander zugewandten Mantelflächen (11)
der Antriebskörper (8, 10) durch die Magnetkraft gegeneinander gepresst werden.
4. Bestückkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Federelement (13) derart
ausgebildet ist, dass die einander zugewandten Mantelflächen (11) durch die Federkraft
gegeneinander gepresst werden.